JP2005039837A - 映像雑音除去方法及び装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】映像の雑音除去方法及び装置を提供する。
【解決手段】(a)受信された元の信号を所定サイズのブロックに区分する段階と、(b)前記区分した信号を、前記ブロックのピクセル数の範囲内で定められる所定のピクセル数だけ除去してブロックを再構成した信号を少なくとも1つ生成する段階と、(c)前記元の信号と前記再構成した信号とをそれぞれ周波数領域に変換して周波数領域で雑音を除去する段階とを含む雑音除去方法。本発明は停止映像及び動画で雑音を効果的に除去できる効果がある。
【選択図】図3
【解決手段】(a)受信された元の信号を所定サイズのブロックに区分する段階と、(b)前記区分した信号を、前記ブロックのピクセル数の範囲内で定められる所定のピクセル数だけ除去してブロックを再構成した信号を少なくとも1つ生成する段階と、(c)前記元の信号と前記再構成した信号とをそれぞれ周波数領域に変換して周波数領域で雑音を除去する段階とを含む雑音除去方法。本発明は停止映像及び動画で雑音を効果的に除去できる効果がある。
【選択図】図3
Description
本発明は映像の雑音除去に係り、具体的には、通信チャンネルを通じて受信された停止映像または動画信号をブロック単位に再構成し、周波数領域に変換して雑音を除去する方法及び装置に関する。
一般的に、動画または停止映像が通信チャンネルを通じて伝送される際に、チャンネルに雑音が混ざって、受信端で受信された映像が歪曲される現象が発生する。雑音で歪曲された映像をディスプレイ装置にディスプレイすれば目に触るだけでなく、MPEG(Moving Picture Expert Group)などの色々な動画圧縮標準によって圧縮して保存する時にも雑音の影響で圧縮効率が落ちる問題点がある。
したがって、動画及び停止映像の雑音を除去するための研究が活発に行われている。従来使われている雑音除去方式には、空間領域での雑音除去方式と時間領域での雑音除去方式とがある。
したがって、動画及び停止映像の雑音を除去するための研究が活発に行われている。従来使われている雑音除去方式には、空間領域での雑音除去方式と時間領域での雑音除去方式とがある。
図1は、一般的な動画符号化を行う符号化器のブロック図である。
VOD(Video On Demand)サービスや動画通信を行うために、符号化器は所定の圧縮技術により符号化されたビットストリームを生成する。
まず、DCT(Discrete Cosine Transform)部110は、空間的相関性を除去するために8×8画素ブロック単位に入力される映像データに対してDCT演算を行い、量子化部(Quantization:Q、120)は、DCT部110で得られたDCT係数に対して量子化を行い、いくつかの代表値で表現することによって、高効率損失圧縮を行う。
VOD(Video On Demand)サービスや動画通信を行うために、符号化器は所定の圧縮技術により符号化されたビットストリームを生成する。
まず、DCT(Discrete Cosine Transform)部110は、空間的相関性を除去するために8×8画素ブロック単位に入力される映像データに対してDCT演算を行い、量子化部(Quantization:Q、120)は、DCT部110で得られたDCT係数に対して量子化を行い、いくつかの代表値で表現することによって、高効率損失圧縮を行う。
逆量子化部(Inverse Quantization:IQ、130)は、量子化部120で量子化された映像データを逆量子化する。IDCT部140は、逆量子化部130で逆量子化された映像データに対してIDCT(Inverse Discrete Cosine Transform)変換を行う。フレームメモリ部150は、IDCT部140でIDCT変換された映像データをフレーム単位で保存する。動き推定及び補償部(Motion Estimation and Compensation:ME/MC、160)は、入力される現在フレームの映像データとフレームメモリ部150に保存された以前フレームの映像データとを利用して、マクロブロック当たりの動きベクトル(MV)とブロック整合誤差とに該当するSAD(Sum of Absolute Difference)を推定する。
可変長さ符号化部(Variable Length Coding:VLC、170)は、動き推定部160で推定されたMVによってDCT及び量子化処理されたデータで統計的重複性を除去する。
可変長さ符号化部(Variable Length Coding:VLC、170)は、動き推定部160で推定されたMVによってDCT及び量子化処理されたデータで統計的重複性を除去する。
図2は、従来の雑音除去方式を使用した動画符号器のブロック図である。
図2に示された動画符号化器は、図1に示された一般的な符号器220に前処理器210が付加された構成を有する。前処理器210は、従来の雑音除去方式を利用して入力映像から雑音を除去して、雑音が除去された映像を動画符号化器220に入力する。
図2に示された動画符号化器は、図1に示された一般的な符号器220に前処理器210が付加された構成を有する。前処理器210は、従来の雑音除去方式を利用して入力映像から雑音を除去して、雑音が除去された映像を動画符号化器220に入力する。
前処理器210で使われる雑音除去方式には、空間領域雑音除去方式と時間領域雑音除去方式とがあり、この2つの雑音除去方式を結合した空間−時間領域雑音除去方式がある。図1及び図2を参照して分かるように、従来の雑音除去装置は、殆ど動画符号化器の前段階に位置して前処理として動作して符号化する前にあらかじめ雑音を除去するか、動画復号化器の後段階に位置して後処理器として動作して復号化した後で雑音を除去する。
前処理器または後処理器で行われる雑音除去方法は、空間領域での空間フィルタリングを通じて雑音を除去する方法と、時間軸上の選別的低域通過フィルタリングを通じて雑音を除去する方法とがある。しかし、空間領域での雑音除去方法は雑音を除去するためにフィルタリングを多くすれば、映像の境界部分などが崩れるぼかし現象がよく発生し、時間領域での雑音除去方法は残像現象が発生しうる問題点がある。
本発明が解決しようする技術的課題は、雑音によって歪曲された動画や停止映像のデータを周波数領域に変換して、周波数領域で効果的に雑音を除去する方法及び装置を提供するところにある。
前記の課題を解決するために本発明による雑音除去方法は、(a)受信された元の信号を所定サイズのブロックに区分する段階と、(b)前記区分した信号を、前記ブロックのピクセル数の範囲内で定められる所定のピクセル数だけ前部のピクセルを除去して、ブロックを再構成した信号を少なくとも1つ生成する段階と、(c)前記元の信号と前記再構成した信号とをそれぞれ周波数領域に変換して周波数領域で雑音を除去する段階とを含む。
前記元の信号は、動画信号または停止映像信号であることが望ましい。
前記元の信号は、動画信号または停止映像信号であることが望ましい。
前記(b)段階は、前記区分した信号の最も前部から前記ブロックのピクセル数の範囲内で一ピクセルずつを順に除去しながらブロックを再構成した信号を前記ブロックのピクセル数−1だけ生成することが望ましい。
前記(b)段階は、前記区分した信号の最も前部から前記ブロックのピクセル数の1/2を除去してブロックを再構成した信号を生成することが望ましい。
前記(c)段階は、(c1)前記元の信号と前記再構成した信号とに対してそれぞれ所定の周波数変換を行う段階と、(c2)前記周波数変換された信号に対して雑音を除去する段階と、(c3)前記雑音が除去された信号に対して周波数逆変換を行う段階と、(c4)前記逆変換された信号を平均して出力する段階とを含むことが望ましい。
前記(b)段階は、前記区分した信号の最も前部から前記ブロックのピクセル数の1/2を除去してブロックを再構成した信号を生成することが望ましい。
前記(c)段階は、(c1)前記元の信号と前記再構成した信号とに対してそれぞれ所定の周波数変換を行う段階と、(c2)前記周波数変換された信号に対して雑音を除去する段階と、(c3)前記雑音が除去された信号に対して周波数逆変換を行う段階と、(c4)前記逆変換された信号を平均して出力する段階とを含むことが望ましい。
前記の課題を解決するために本発明による雑音除去装置は、受信された元の信号を所定サイズのブロックに区分して、前記区分した信号を、前記ブロックのピクセル数の範囲内で定められる所定のピクセル数だけ前部のピクセルを除去して、ブロックを再構成した信号を生成するデータ分離部と、前記再構成した信号それぞれに対して周波数変換を行う周波数変換部と、前記周波数変換された信号に対して雑音を除去する雑音除去部と、前記雑音除去された信号に対して周波数逆変換を行う周波数逆変換部と、前記逆変換された信号の平均値を計算する平均値計算部とを含む。
前記雑音除去装置は、前記受信された元の信号の雑音強さを予測して、予測した情報を前記雑音除去部に伝達する雑音強さ予測部をさらに含むことが望ましい。
前記データ分離部は、前記区分した信号の最も前部から前記ブロックのピクセル数の範囲内で一ピクセルずつを順に除去しながらブロックを再構成した信号を前記ブロックのピクセル数−1だけ生成することが望ましい。
前記データ分離部は、前記区分した信号の最も前部から前記ブロックのピクセル数の範囲内で一ピクセルずつを順に除去しながらブロックを再構成した信号を前記ブロックのピクセル数−1だけ生成することが望ましい。
前記データ分離部は、前記区分した信号の一番前部から前記ブロックのピクセル数の1/2を除去してブロックを再構成した信号を生成することが望ましい。
前記周波数変換は、ユニタリー変換であることが望ましい。
前記した課題を解決するために本発明では、前記方法をコンピュータで実行させるためのプログラムを書き込むコンピュータで読取られる書込み媒体を提供する。
前記周波数変換は、ユニタリー変換であることが望ましい。
前記した課題を解決するために本発明では、前記方法をコンピュータで実行させるためのプログラムを書き込むコンピュータで読取られる書込み媒体を提供する。
本発明の雑音除去方法及び装置は元の信号をブロックに区分し、所定数のピクセルを前記ブロックのピクセル数の範囲内から除去してブロックを再構成した信号をそれぞれ周波数領域に変換して雑音を除去することによって、停止映像及び動画から雑音を効果的に除去できる効果がある。
以下、添付された図面を参照して本発明による望ましい一実施形態を詳細に説明する。
図3は、本発明の雑音除去装置のブロック図である。
雑音除去装置は、雑音強さ予測部310、データ分離部320、周波数変換部330、雑音除去部340、周波数逆変換部350及び平均値計算部360を具備する。そして、周波数変換部330は、入力信号のブロック数だけの変換部、すなわち第1変換部330−1ないし第N変換部330−nを具備し、雑音除去部340も入力信号のブロック数だけ雑音除去部、すなわち第1雑音除去部340−1ないし第N雑音除去部340−nを具備する。また、周波数逆変換部350も、入力信号のブロック数だけの逆変換部、すなわち第1逆変換部350−1ないし第N逆変換部350−nを具備する。
図3は、本発明の雑音除去装置のブロック図である。
雑音除去装置は、雑音強さ予測部310、データ分離部320、周波数変換部330、雑音除去部340、周波数逆変換部350及び平均値計算部360を具備する。そして、周波数変換部330は、入力信号のブロック数だけの変換部、すなわち第1変換部330−1ないし第N変換部330−nを具備し、雑音除去部340も入力信号のブロック数だけ雑音除去部、すなわち第1雑音除去部340−1ないし第N雑音除去部340−nを具備する。また、周波数逆変換部350も、入力信号のブロック数だけの逆変換部、すなわち第1逆変換部350−1ないし第N逆変換部350−nを具備する。
雑音強さ予測部310は、入力信号の雑音の強さを予測する。雑音強さ予測部310は本発明の雑音除去装置の必須構成要素ではないが、雑音除去の効率を高めるのに必要である。
データ分割部320は、雑音が含まれた映像信号をL個のピクセル単位でN個のブロックに区分し、最初の一ピクセルを除去しながらブロックを新しく構成した信号を、L−1個のピクセルを除去するまで行って全てL−1個の信号を作る。L−1個の信号を作ることは、図4を参照して後述する。このように作られたL−1個の信号を周波数変換部330に送る。周波数変換部330はブロック別に作られた信号に対してDCTのようなユニタリー変換を行って周波数領域の信号に変換する。このようなユニタリー変換の例としては、DCTの他にも、DST(Discrete Sine Transform)、DWT(Discrete Walsh Transform)、DHT(Discrete Hadamard Transform)、Haar transform、Slant transform、KL(Karhunen−Loeve)transformなどがある。
雑音除去部340は、このように周波数変換された信号に対して、周波数領域で周波数変換行列、例えばDCT係数行列間の内積計算を通じて雑音を除去し、周波数逆変換部350に送る。
データ分割部320は、雑音が含まれた映像信号をL個のピクセル単位でN個のブロックに区分し、最初の一ピクセルを除去しながらブロックを新しく構成した信号を、L−1個のピクセルを除去するまで行って全てL−1個の信号を作る。L−1個の信号を作ることは、図4を参照して後述する。このように作られたL−1個の信号を周波数変換部330に送る。周波数変換部330はブロック別に作られた信号に対してDCTのようなユニタリー変換を行って周波数領域の信号に変換する。このようなユニタリー変換の例としては、DCTの他にも、DST(Discrete Sine Transform)、DWT(Discrete Walsh Transform)、DHT(Discrete Hadamard Transform)、Haar transform、Slant transform、KL(Karhunen−Loeve)transformなどがある。
雑音除去部340は、このように周波数変換された信号に対して、周波数領域で周波数変換行列、例えばDCT係数行列間の内積計算を通じて雑音を除去し、周波数逆変換部350に送る。
周波数領域でフィルタ係数行列間の内積を通じて雑音を除去する時に使われるフィルタ係数行列値は、雑音強さ予測部310から入力された雑音強さによって決定される。例えば、雑音除去時に使われる方法でDCT基盤のウィナフィルタリングが挙げられるが、雑音強さ予測部310からの雑音強さ情報によって、ウィナフィルタ係数行列値が決定される。しかし、DCTを含むユニタリー変換の場合に、周波数領域での行列間の簡単な内積のみでウィナフィルタリングが可能である。したがって、本発明での周波数変換は、DCTを含むあらゆるユニタリー変換となりうる。周波数逆変換部350は、周波数変換部330で行われた変換の逆変換を行い、それぞれの逆変換信号を平均値計算部360に送れば、平均値計算部360はこれらの値を平均して出力する。
図4は、受信された映像信号をブロック別に区分し、最初のブロックのピクセルデータを1つずつ順次に除去してブロックを新しく構成したL−1個の信号を作ることを説明する図面である。
2次元映像については、図3及び図4を参照して説明した1次元処理方法を垂直方向と水平方向とにそれぞれ適用すればよいので、本発明は、説明の便宜のために1次元の信号を仮定して説明する。
本発明の雑音除去方法では、周波数領域への変換を行う前に図4に示されたように、1次元入力信号を再構成する。そして、周波数領域に変換して雑音をそれぞれ除去した後で、その結果を平均して出力する。
2次元映像については、図3及び図4を参照して説明した1次元処理方法を垂直方向と水平方向とにそれぞれ適用すればよいので、本発明は、説明の便宜のために1次元の信号を仮定して説明する。
本発明の雑音除去方法では、周波数領域への変換を行う前に図4に示されたように、1次元入力信号を再構成する。そして、周波数領域に変換して雑音をそれぞれ除去した後で、その結果を平均して出力する。
図4を参照してL−1個の信号を生成することを説明する。まず、M個の画素で構成された元の信号410は、L個のピクセルを有するブロックに区分する。このようにして総N(=M/L)個のブロックが存在すると仮定する。それにより、ブロックに区分された元の信号410で最初の一ピクセルを除去し、その時点でL個のピクセルをカウントしてブロックを新しく構成した第1信号420が作られる。このように作られた第1信号420は、元の信号410で最初の1ピクセルと最後のブロックであるL−1個のピクセルとで構成されたブロックは無視する。したがって、総N−1個のLピクセルサイズを有するブロックが生成される。同じ方法で、元の信号410で2ピクセルを除去し、その時点でL個のピクセルをカウントしてブロックを新しく構成した第2信号430が作られる。第2信号430は、ブロック別に区分された元の信号410で最初の2つのピクセルと最後のL−2個のピクセルとは含まれていない。このような方法で、元の信号410に対して1つのピクセルずつを除去しながら総L−1個の信号が作られる。
このように生成されたL−1個の信号を、それぞれ周波数領域に変換してフィルタリングを通じて雑音除去を行う。L−1個の全ての信号を利用することもできるが、演算量を考慮して、L−1個の全ての信号に対して雑音除去を行わず、一部の信号に対してのみ雑音除去が行える。一例として、ブロック単位に分割した元の信号と最初のL/2ピクセルを除去して、ブロックを新しく構成した信号の2つのみを使用して、周波数領域変換、雑音除去、周波数逆変換及び平均値の計算が行える。
もし、2次元映像である場合には、前述したような1次元信号の再構成方法を垂直方向及び水平方向に独立的に行って2次元雑音除去が行える。または、最初から入力信号を2次元領域に分け、周波数変換も2次元変換を行う場合もある。この場合、データ分離部420は、入力映像を最大LxL個の映像に分割し、これらに対してそれぞれ雑音除去して逆変換した信号が平均できる。2次元の信号では、演算量が多いために、幾つかの再構成信号に対してのみ行えば、演算量が減らせる。
図5は、本発明の映像雑音除去方法のフローチャートである。
受信された元の信号、例えば停止映像または動画信号を所定サイズのブロックに区分する(S510)。そして、前記区分した信号を、最初のブロックのピクセル数の範囲内で定められる所定のピクセル数だけ除去して、ブロックを再構成した信号を少なくとも1つ生成する(S520)。ブロックのピクセル数をLとする時、前記ブロックのピクセル数の範囲内で一ピクセルずつを順に除去しながらブロックを再構成した信号をL−1個生成でき、最初のピクセルL/2を除去してブロックを再構成した信号を1個生成する場合もある。
受信された元の信号、例えば停止映像または動画信号を所定サイズのブロックに区分する(S510)。そして、前記区分した信号を、最初のブロックのピクセル数の範囲内で定められる所定のピクセル数だけ除去して、ブロックを再構成した信号を少なくとも1つ生成する(S520)。ブロックのピクセル数をLとする時、前記ブロックのピクセル数の範囲内で一ピクセルずつを順に除去しながらブロックを再構成した信号をL−1個生成でき、最初のピクセルL/2を除去してブロックを再構成した信号を1個生成する場合もある。
このように作られた元の信号と前記再構成した信号とをそれぞれ周波数領域に変換して周波数領域で雑音を除去する(S530)。前記S530段階を詳細に説明すれば、前記元の信号と前記再構成した映像信号とに対して、それぞれ所定の周波数変換を行う段階、前記周波数変換された信号に対して雑音を除去する段階、前記雑音が除去された信号に対して周波数逆変換を行う段階及び前記逆変換された信号を平均して出力する段階を含むことが分かる。
また、本発明は、コンピュータで読取られる書込み媒体にコンピュータが読取れるコードとして具現可能である。コンピュータが読取られる書込み媒体は、コンピュータシステムによって読み取れるデータが保存される全種の記録装置を含む。コンピュータが読取れる書込み媒体の例としては、ROM、RAM、CD−ROM、磁気テープ、フロッピー(登録商標)ディスク、光データ貯蔵装置などがあり、また、キャリアウェーブ(例えば、インターネットを通じた伝送)の形態に具現されることも含む。また、コンピュータが読取れる書込み媒体は、ネットワークに連結されたコンピュータシステムに分散されて、分散方式でコンピュータが読取れるコードが保存されて実行されうる。
これまで本発明について、その望ましい実施形態を中心として説明した。本発明が属する技術分野で当業者は、本発明が本発明の本質的な特性から外れない範囲で変形された形態に具現できることが理解できる。それにより、開示された実施形態は、限定的な観点でなく説明的な観点で考慮されねばならない。本発明の範囲は前述した説明でなくして特許請求の範囲に現れており、それと同等な範囲内のあらゆる差異点は、本発明に含まれたものと解釈されねばならない。
本発明は、映像の圧縮符号化分野に利用でき、より具体的には映像の符号化過程で発生しうる雑音成分を周波数領域で効果的に除去するのに利用されうる。
310…雑音強さ予測部
320…データ分離部
330…周波数変換部
330−1…第1変換部
330−2…第2変換部
330−n…第N変換部
340…雑音除去部
340−1…第1雑音除去部
340−2…第2雑音除去部
340−n…第N雑音除去部
350…周波数逆変換部
350a…第1逆変換部
350b…第2逆変換部
350n…第N逆変換部
360…平均値計算部
320…データ分離部
330…周波数変換部
330−1…第1変換部
330−2…第2変換部
330−n…第N変換部
340…雑音除去部
340−1…第1雑音除去部
340−2…第2雑音除去部
340−n…第N雑音除去部
350…周波数逆変換部
350a…第1逆変換部
350b…第2逆変換部
350n…第N逆変換部
360…平均値計算部
Claims (15)
- (a)受信された元の信号を相互同じサイズのピクセル数を有する所定サイズのブロックに区分する段階と、
(b)前記区分した信号を、前記ブロックのピクセル数の範囲内で定められる所定のピクセル数だけ前部のピクセルを除去して、ブロックを再構成した信号を少なくとも1つ生成する段階と、
(c)前記元の信号と前記再構成した信号とをそれぞれ周波数領域に変換して周波数領域で雑音を除去する段階と
を含むことを特徴とする雑音除去方法。 - 前記元の信号は、動画信号または停止映像信号であることを特徴とする請求項1に記載の雑音除去方法。
- 前記(b)段階は、
Lを前記ブロックに含まれたピクセル数とし、Nをブロック数とすれば、前記区分した信号の前部から前記ブロックのピクセル数の範囲内で一ピクセルずつを順に除去しながら再構成した、N−1ブロックを有したL−1個の再構成信号を生成する段階であることを特徴とする請求項1に記載の雑音除去方法。 - 前記(b)段階は、
前記区分した信号の一番前部から前記ブロックのピクセル数の1/2を除去して、ブロックを再構成した信号を生成する段階であることを特徴とする請求項1に記載の雑音除去方法。 - 前記(c)段階は、
(c1)前記元の信号と前記再構成した信号とに対してそれぞれ所定の周波数変換を行う段階と、
(c2)前記周波数変換された信号に対して雑音を除去する段階と、
(c3)前記雑音が除去された信号に対して周波数逆変換を行う段階と、
(c4)前記逆変換された信号を平均して出力する段階と
を含むことを特徴とする請求項1に記載の雑音除去方法。 - 前記周波数変換は、ユニタリー変換であることを特徴とする請求項5に記載の雑音除去方法。
- 前記(c2)段階は、
前記周波数変換された信号の変換係数行列間の内積を計算して雑音を除去することを特徴とする請求項5に記載の雑音除去方法。 - 前記(c2)段階は、
DCT(ディスクリートコサイン変換)に基づいてウィナフィルタリング方法を使用して雑音を除去することを特徴とする請求項5に記載の雑音除去方法。 - 受信された元の信号を相互同じピクセル数を有する所定サイズのブロックに区分し、前記区分した信号を、前記ブロックのピクセル数の範囲内で定められる所定のピクセル数だけ前部のピクセルを除去して、ブロックを再構成した信号を生成するデータ分離部と、
前記再構成した信号それぞれに対して周波数変換を行う周波数変換部と、
前記周波数変換された信号に対して雑音を除去する雑音除去部と、
前記雑音除去された信号に対して周波数逆変換を行う周波数逆変換部と、
前記逆変換された信号の平均値を計算する平均値計算部と
を含むことを特徴とする雑音除去装置。 - 前記受信された元の信号の雑音強さを予測し、予測した情報を前記雑音除去部に伝達する雑音強さ予測部をさらに含むことを特徴とする請求項9に記載の雑音除去装置。
- 前記データ分離部は、
Lを前記ブロックに含まれたピクセル数とし、Nをブロック数とすれば、前記区分した信号の一番前部から前記ブロックのピクセル数の範囲内で一ピクセルずつを順に除去しながら再構成した、N−1ブロックを有したL−1個の再構成信号を生成することを特徴とする請求項9に記載の雑音除去装置。 - 前記データ分離部は、
前記区分した信号の一番前部から前記ブロックのピクセル数の1/2を除去して、ブロックを再構成した信号を生成することを特徴とする請求項9に記載の雑音除去装置。 - 前記周波数変換は、ユニタリー変換であることを特徴とする請求項9に記載の雑音除去装置。
- 前記雑音除去部は、前記周波数変換された信号の変換係数行列間の内積を計算して雑音を除去することを特徴とする請求項9に記載の雑音除去装置。
- 請求項1ないし請求項8のうち何れか1項に記載の方法をコンピュータで実行させるためのプログラムを書き込んだコンピュータで読取られる書込み媒体。
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